리튬이 전기차의 핵심소재인 이유

리튬은 전기차의 배터리의 핵심소재 중의 하나입니다.

우리가 흔히 많이들 이야기하는 리튬이란 화학 원소 중 하나로 원자 번호 3번에 해당합니다. 자연에서는 상대적으로 희귀한 금속이며, 주로 염류 형태로 존재합니다. 또한 알칼리 금속으로 분류되며, 주기율표에서 1족에 위치합니다.

1. 리튬

리튬은 높은 화학 활성성을 가지고 있으며, 공기 중에서 녹슨 것처럼 산화되는 경향이 있습니다. 또한 물과 반응하여 수소를 방출하며, 염기성을 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 리튬은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 특히, 리튬 이온배터리의 양극재로 사용되는 리튬은 전기적으로 양이온을 제공할 수 있어서, 전기에너지를 저장하는 데에 사용됩니다. 이러한 이유로 리튬은 전기차, 소마트폰, 노트북 등 다양한 전자제품에서 사용되고 있습니다.

 

2. 수산화리튬과 탄산리튬

수산화리튬과 탄산리튬은 모두 리튬 화합물 중요한 종류입니다. 수산화리튬(Lithium Hydroxide, LiOH)은 물에 용해되어 알칼리성을 띠는 하얀 결정체이며, 탄산리튬(Lithium Carbonate, Li2 CO3)은 백색 분말로 형태를 갖추어 물에는 불용성하지만 산성 용액에서는 용해되는 성질이 있습니다. 수산화리튬은 주로 항전기적인 용도로 사용됩니다.

예를 들면 항전기적인 역할을 하는 전기차 배터리에 사용될 때, 수산화리튬은 양극 재료인 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2) 및 리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드(LiNiCoAlO2)의 생산에 사용됩니다. 또한, 수산화리튬은 비소화 리튬 이온 배터리에서도 사용됩니다.

 

반면, 탄산리튬은 양극 재료인 리튬 철 인산(LiFePO4) 및 리튬 망간 옥사이드(LiMn2 O4) 등의 생산에 사용됩니다. 이외에도, 탄산리튬은 유리 제조, 의약품, 핵연료, 고무, 도료 및 화장품 등의 산업에서도 사용되기도 합니다. 또한 수산화리튬과 탄산리튬은 리튬 이온 배터리에서 모두 사용됩니다. 일반적으로, 수산화리튬은 안정성이 높고 용량이 크며, 탄산리튬은 수명이 더 길고 안정성이 높은 특성을 갖고 있습니다. 따라서, 리튬 이온 배터리의 성능 향상을 위해 수산화리튬과 탄산리튬이 모두 사용됩니다.

 

이처럼 수산화리튬과 탄산리튬은 각각의 특성에 따라 사용되는 용도가 다르지만, 리튬이온배터리에서 양극 재료로 사용되는 데 있어서는 모두 매우 중요한 역할을 합니다.

 

3. 리튬이 전기차의 핵심소재인 이유

리튬이 전기차의 핵심소재인 이유는 리튬은 전기화학적으로 매우 활발한 금속으로, 주로 리튬이온 배터리의 양극재로 사용되기 때문입니다. 때문에 리튬이온 배터리는 모바일 기기, 전동 자동차, 에너지 저장 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그렇다면 리튬이 양극재로 선택된 이유는 무엇 때문일까요? 바로 리튬의 높은 전기 화학활동성 때문입니다. 리튬은 전자를 쉽게 잃어버리며, 이로 인해 리튬이온배터리의 양극재로 사용될 때, 양극에서 리튬이온을 방출하게 됩니다. 이 리튬이온은 전해질을 통해 양극과 음극을 연결하는 전기회로를 통해 전기적인 에너지를 생성합니다.

리튬이온배터리의 양극재로 사용되는 리튬은 주로 리튬 코발트 옥사이드(Lithium Cobalt Oxide, LiCoO2)와 리튬 철 인산(Lithium Iron Phosphate, LiFePO4)이 있습니다. 리튬 코발트 옥사이드는 에너지 밀도가 높아서 모바일기기,전동자동차 등에 많이 사용되고 있으며, 리튬 철 인산은 안정성이 높아서 에너지 저장 시스템 등에 많이 사용됩니다. 리튬은 또한 지구상에서 가장 가벼운 금속 중 하나로서, 높은 에너지 밀도와 상대적으로 낮은 비중으로 인해 전기차와 같은 이동 수단에서 사용되는 배터리의 무게와 부피를 감소시키는데 기여합니다. 

 

4. 글로벌 전기차 시장 성장에  따른 리튬 수요 전망

글로벌 전기차 시장 성장에 따른 리튬 수요는 매우 크게 증가하고 있습니다. 지난 2월 14일 유럽의회는 2035년부터 EU 27개 회원국에서 휘발유나 디젤 등 내연기관 신차 판매를 금지하는 법안을 통과시켰습니다. 해당 법안의 통과로 세계 자동차 산업에서 전기차 전환은 더욱 탄력을 받게 될 것으로 관측됩니다. 전기차 시장조사업체인 EV 볼륨스닷컴에 따르면 작년 순수 전기차와 플러그인 하이브리드차 판매량이 55% 증가해 전 세계 자동차 판매량의 약 13%인 1000여 만대를 기록했습니다. 중국에 이어 세계 제2의 전기차 시장인 유럽에서는 지난해 자동차 판매량 가운데 전기차의 비중이 20%를 돌파했습니다.

 

리튬은 전기차 배터리 생산 원가의 40%를 차지하는 핵심 광물로, 검은색인 석유를 대체할 재료라는 의미에서 은백색인 리튬을 하얀 석유로도 부릅니다. 국제에너지기구에 따르면 전기차 시장 확대로 리튬 수요는 2040년까지 40배 증가할 것으로 예상됩니다. 이에 발맞추어 우리 기업들도 분주히 움직이고 있습니다.

LG화학은 미국 광산업체 피드몬트리튬으로부터 총 20만 톤 규모의 리튬 정광 구매 계약을 체결했습니다. 포스코홀딩스도 최근 호주 광물 탐사·개발업체인 진달리리소스와 업무협약을 체결하고 미국에서 점토 리튬 사업을 추진할 예정입니다. LG에너지설루션은 지난 2021년 호주 니켈 제련기업 QPM 지분 7.5%를 인수하며 2023년 말부터 10년간 매년 니켈 7000톤을 공급받기로 했습니다. SK온은 지난해 10월 호주 자원개발업체 레이크리소스의 지분 10%를 확보하고 친환경 고순도 리튬 총 23만 톤을 공급받는 계약을 체결했습니다. 이처럼 리튬 수요는 앞으로도 크게 증가할 것으로 예측됩니다.